不同林龄云杉林土壤持水性及影响因子分析

钱登峰+张志伟+张博

摘要：研究了云杉（Picea likiangensis var. linzhiensis）林土壤持水特性，结合团聚体和有机质两个因子进行分析。结果表明，云杉林表层土壤团聚体以>5.00 mm的大颗粒为主，25年生云杉土壤>5.00 mm的颗粒占48.4%，B层占42.2%。2.00～5.00 mm颗粒数量A层（21.1%）>B层（18.9%）。40年生云杉林团聚体特点与25年生具有相同的规律特征。比较两个林龄A、B层团聚体特征，发现随着林龄增长，A、B层土壤团聚体，大颗粒含量有减少的趋势，但变化不太明显。25年和40年生林龄云杉林，土壤A、B层最大持水量A层高于B层（75.60%>40.43%；100.20%>61.30%），从林龄大小看，A、B层土壤最大持水量40年生均优于25年生云杉林。田间持水量也有上述规律出现。土壤有机质含量A层>B层。随着林龄增长，各层土壤有机质含量也呈现增加的趋势，土壤持水能力也表现出同样的变化规律。

关键词：云杉（Picea likiangensis var. linzhiensis）；土壤持水性；团聚体；林龄

中图分类号：S714.7 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）02-0234-03

森林土壤是森林生态系统的重要组成部分，也是森林生态系统发挥涵养水源功能的重要场所。森林土壤持水性能决定了土壤抗蚀性和土壤水分供给的有效性，是地表植被生长和发育的主导因子，也是森林涵养水源的主体，对改善生态环境具有积极作用。影响土壤持水性能的因素众多，其中土壤质地、土壤结构和土壤含水量是影响土壤水分入渗的主导因素。土壤水分不仅影响土壤中气、热、生物状况，而且影响土壤中植物营养元素的有效性和供应能力。田间持水量被视为是探讨土壤水分状况的重要常数[1]，土壤有效性水分的降低对土壤生产力的影响最大[2，3]。土壤有效性水分的大小与土壤结构、质地、有机质含量有关[4]。土壤保持水的能力主要是由土粒与水界面上的分子引力和土壤孔隙中水气界面上的毛管力以及胶体性质所决定[5]。持水性是土壤基本物理性质之一[6]，它制约着土壤对水的吸持和贮存[7]，是影响土壤水源涵养功能最重要的因素。森林类型、林龄都会影响到土壤的持水性能，并进一步影响土壤的水源涵养功能。当前，森林土壤持水特征及其影响因素成为国内外森林生态研究的重要内容[8，9]。

西藏由于独特的地理位置，区域内森林对中国乃至全球的生态安全具有重要作用。西藏48%的森林为暗针叶林[10]，暗针叶林树种主要为云杉属（Picea）、冷杉属（Abies）和铁杉属（Tsuga），广泛分布在喜马拉雅山脉、念青唐古拉山脉以及横断山脉的湿润亚高山地带。云杉属中林芝云杉（P. likiangensis Var. linzhiensis Cheng et L.K.Fu.）主要分布在波密、林芝、米林等地区，上述区域丰沛的降水和温和的气候有利于林木生长，森林高耸挺拔，郁密粗壮，有些树干直径可达2 m，树高80 m，每公顷立木蓄积量堪称世界之最[11]。藏东南区域是研究森林水文功能的天然实验室，针对该区域典型森林类型云杉林土壤的持水性进行研究，为合理经营和科学评价森林土壤水源涵养功能提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地点位于色季拉山国家森林公园，坐标为94°31′E，29°39′N，该地区位于藏东南雅鲁藏布江大拐弯西北侧，处于藏东南湿润气候区与半湿润气候区的过渡地带，日照辐射强。年均温小于0 ℃，最暖月均温小于6 ℃，日温≥0 ℃天数少于120 d，0 ℃以上积温小于1 000 ℃，年降水量675.0 mm，85%的雨水集中在6～9月。地貌以高山为主，土壤类型主要为高山棕壤土。

1.2 方法

选择云杉林代表性区域，利用生长锥进行林龄判断，采集土壤样品。环刀法测定土壤物理性质，环刀容积为100 cm3（d=50.46 mm，h=50.00 mm）。按照土壤发生层次自上而下分A、B两层取3个样，结果取平均值，分别计算土壤容重、最大持水量、田间持水量等。土壤团聚体样品采用木盒带回实验室采用干筛法测定粒级组成，持水量采用双环入渗法测定，计算方法参考文献[12]。

1.3 数据处理

利用Excel 2003对数据进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 云杉林土壤团聚体特征

土壤团聚体是良好的土壤结构体，其特点是多孔性与水稳性。大团聚体含量在土壤表层增加，使得表層土壤孔隙度增加、入渗能力和土壤持水能力加强[13]，团聚体孔隙状况为土壤水、肥、气、热的协调创造了良好的条件。由表1可知，25年生云杉A层土壤粒径>5.00 mm的颗粒占48.4%，重量大约占到总干筛土壤的1/2，在B层，土壤团聚体组成粒径 >5.00 mm的土壤颗粒占42.2%。

2.00～5.00 mm颗粒数量A层（21.1%）>B层（18.9%）。40年生云杉林团聚体特点与25年生具有相同的规律特征。比较两个林龄A、B层团聚体特征，发现随着林龄增长，A、B层土壤团聚体大颗粒含量有减少的趋势，但变化不明显。云杉林土壤中有大量的枯枝落叶，在水热条件参与下，枯落物分解增加了土壤腐殖质含量，有利于土壤团聚体的形成。

2.2 土壤持水特性及有机质对土壤持水能力的影响

2.2.1 土壤持水特性 由表2可知，土壤A、B层最大持水量A层高于B层（75.60%>40.43%；100.20%>61.30%），从林龄大小看，A、B层土壤最大持水量40年生均优于25年生云杉林。同样，对于田间持水量也有上述规律出现，这与一般规律是吻合的。出现上述规律的主要原因是由林芝云杉林下枯落物数量决定的，由于土壤表层的枯落物的厚度较厚，为上层的土壤进行了较好的改良，使之提高了土壤的疏松性、通气性和透水性，土壤表层至下层分散量逐渐增大，所以林龄越长的林分其土壤的通透性越强。该林分下土壤枯枝落叶积累厚度大，在当地水热条件下产生的土壤腐殖质较多，为微生物提供了良好的场所，利于森林土壤向着健康的方向发展。

2.2.2 有机质对土壤持水能力的影响 土壤持水性是许多自然影响因子综合作用的结果，土壤中有机质含量的提高使得土壤中的微生物数量增加，进而对提高土壤孔隙度有极大促进作用。有机质本身吸水能力比无机胶体高许多倍，有机质吸水能力是使土壤持水性增加的一个重要因素；而对于有机质含量较高的土壤，其作用更加明显。上述两种机理共同作用的结果是使土壤有机质含量增加，土壤持水能力增强。由表2可知，云杉林A层有机质含量明显高于B层（38.6 g/kg>29.1 g/kg，45.9 g/kg>37.7 g/kg），林龄越长土壤有机质含量越高，持水能力也表现出同样的变化规律。

3 小结与讨论

持水性是土壤基本物理性质之一，是影响土壤水源涵养功能最重要的因素。土壤团聚体的形成增大土壤入渗、孔隙度等指标，进而提高土壤持水能力。研究结果表明，25年生云杉A层土壤粒径>5.00 mm的颗粒占48.4%，重量大约占到总干筛土壤的1/2，在B层，土壤团聚体组成粒径>5.00 mm的土壤颗粒占42.2%。2.00～5.00 mm的颗粒数量A层（21.1%）>B层（18.9%）。40年生云杉林团聚体特点与25年生具有相同的规律特征。比较两个林龄A、B层团聚体特征，发现随着林龄增长，A、B层土壤团聚体的大颗粒含量有减少的趋势，但变化不太明显。25年和40年生林龄云杉林，土壤A、B层最大持水量A层高于B层（75.60%>40.43%；100.20%>61.30%），从林龄大小看，A、B层土壤最大持水量40年生均优于25年生云杉林。同样，对于田间持水量也有上述规律出现，这与一般规律是吻合的。土壤在垂直方向上有机质含量分布不均匀，A层有机质含量高于B层。并且，随着林龄增长，各层土壤有机质含量也呈现增加的趋势，土壤持水能力也表现出同样的变化规律。

本研究仅探讨了有机质对土壤持水能力的影響，众所周知，影响土壤持水能力的因素不仅局限于土壤有机质一个因子。因此，在今后的研究中，将会利用数学方法和计算机技术，深入分析土壤其他因子与土壤持水性之间的关系。

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